JPH08278846A

JPH08278846A - 三次元データ入力装置

Info

Publication number: JPH08278846A
Application number: JP8024487A
Authority: JP
Inventors: Michiyasu Tano; 通保田野; Tokuzo Shibata; 篤三柴田
Original assignee: ROJIN KK; Data Tec Co Ltd
Current assignee: ROJIN KK; Data Tec Co Ltd
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【課題】三次元の情報を簡単な操作でコンピュータに
入力できる三次元データ入力装置を提供する。【解決手段】マウス本体３内に、回転自在のボール体
４と、このボール体４に付与された回転量を検出する回
転検出センサ５，６と、マウス本体３に発生した角速度
を検出する角速度計７とを設ける。さらに、回転検出セ
ンサ５，６で検出した回転量に基づいて一平面内におけ
るポインタの変位量データを生成するとともに、角速度
計７の出力値に基づいてポインタの回転量データを生成
する演算部２を設け、変位量データと回転量データの少
なくとも一方を所定のデータ形式でコンピュータに出力
できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータのデ
ータ入力装置に係り、特に、三次元データの入力を可能
にする装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータのデータ入力装置として、
キーボードのほか、マウス、デジタイザ等のポインティ
ングデバイスが多用されている。図１５は、ポインティ
ングデバイスの一例であるマウスＣの使用状態の説明図
である。図示するように、マウスＣは、コンピュータＢ
のデータ入力部に所定のマウスインターフェースを介し
て接続される。そして、コンピュータＢ側のソフトウエ
アにより、画面上の横（Ｘ軸）方向及び縦（Ｚ軸）方向
のポインタ変位量を、それぞれ机上でのマウス本体の前
後（Ｚ軸）左右（Ｘ軸）方向の移動量と対応させてい
る。使用時には、操作者がマウス本体を所望の方向に移
動させる。これに対応してコンピュータＢの画面上のポ
インタが変位する。このように、現在、マウスＣによる
画面操作は二次元的なものに限られている。これは、デ
ジタイザ等のような他の同種のデータ入力装置を用いる
場合も同様である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コンピュー
タＢの画面操作において、マルチタスク処理やマルチウ
インドウ処理のような複数同時処理では、図１６に示さ
れるように、処理対象となる表示画面ａ，ｂ，ｃを順次
積み重ねることが想定されている。この場合、目的とす
る表示画面を開くためには、より上位の表示画面から順
次開いていかなければならない。そのため、多くの表示
画面を管理する場合は、操作が煩雑になるばかりでな
く、操作ミスが生じ易くなる。これは、従来のデータ入
力装置が二次元的なデータ入力しかできず、提供される
ソフトウエアもそれに対応せざるを得なかったことに起
因する。

【０００４】一方、建築機械設計などで利用されている
ＣＡＤ（コンピュータによる画像形成支援システム）に
おいては、三次元的なデータ入力が一般的になってい
る。しかし、従来のデータ入力装置が二次元的なデータ
入力しかサポートできないため、ＣＡＤが用意している
機能を十分に発揮できず、操作上不便をきたしている。

【０００５】そこで本発明の課題は、上記背景に鑑み、
コンピュータへの三次元的なデータ入力を可能にする簡
易構成のデータ入力装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の三次元データ入力装置は、装置本体内に回転自在に
配置されたボール体と、このボール体に付与された回転
量を検出する回転検出センサと、この回転検出センサで
検出した回転量から一平面内におけるポインタの変位量
データを生成する変位量データ生成手段と、前記平面に
対して所定の角度をもつ軸線回りの角速度が発生したと
きにそれを検出して角速度信号に変換する角速度計と、
前記角速度信号に基づいて前記軸線回りまたは該軸線に
対して一定傾斜角をもつ他の軸線回りのポインタの回転
量データを生成する回転量データ生成手段とを少なくと
も備え、前記変位量データと回転量データの少なくとも
一方を所定のデータ形式で出力するように構成される。

【０００７】回転量データ生成手段は、前記角速度計の
周囲温度に対応する温度係数値を導出し、この温度計数
値に基づいて前記変換された角速度信号を補正する温度
補正手段を有することを特徴とする。

【０００８】上記課題を解決する他の三次元データ入力
装置は、所定角度をもつ複数の軸線上に各々配置され、
各軸線回りの角速度が発生したときにそれを検出して角
速度信号に変換する複数の角速度計と、これらの角速度
計で変換された角速度信号を相互に加味して各軸線回り
のポインタ回転量データを生成する回転量データ生成手
段とを少なくとも備え、前記回転量データを所定のデー
タ形式で出力するように構成される。この場合、軸線数
は三次元であるから互いに直交する３本であることが好
ましいが、係数演算補正が可能なので、その数は任意で
足りる。

【０００９】この構成における好ましい態様として、前
記回転量データ生成手段に、前記各々の角速度信号を規
定時間内で振幅値が平均化されたディジタル信号に変換
する手段を設ける。より好ましくは、さらに、前記変換
されたディジタル信号を座標値信号に変換する座標変換
部と、この座標変換部で変換された座標値信号をそれぞ
れ少なくとも二分岐する信号分岐部と、この信号分岐部
で分岐された各分岐信号からそれぞれ異なる周波数成分
を除去するフィルタ部と、このフィルタ部を経た各分岐
信号を合成する信号合成部と、この信号合成部で合成さ
れた信号を角度積分して個々の角速度信号に対応する角
度データを生成する手段とを設け、生成された各々の角
度データを前記座標値信号の変換時パラメータとして前
記座標変換部へ導くようにする。

【００１０】なお、角度データをより正確なものとする
ため、上記回転量データ生成手段は、前記角速度信号に
含まれる角度成分の変化が予め不感帯として設定した領
域内のときに低周波成分の振幅値、すなわちオフセット
成分を補正する補正手段を備え、有害なオフセット成分
を逐次キャンセルできるようにする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の三
次元データ入力装置の実施態様を詳細に説明する。

【００１２】（第１実施形態）図１は、本発明を三次元
マウスに適用した場合の説明図であり、（ａ）はその内
部配置を示す正断面図、（ｂ）は側部断面図である。こ
の三次元マウスＡは、センサ部１と、演算部２とから構
成される。センサ部１は、手で握れる程度の大きさのマ
ウス本体３の内部に、回転自在のボール体４、回転検出
センサとして用いる２つのロータリーエンコーダ５，
６、角速度計として用いるジャイロ７、及び２つのスイ
ッチ８，９を配置して成る。

【００１３】ボール体４は、マウス本体３の底部に形成
された開口部３ａからその一部が露出するように配置さ
れ、この露出部分がマウスパッド１８と接することによ
って、マウス本体体３の移動に連動して回転するように
なっている。ロータリーエンコーダ５，６は、互いに直
交する水平２軸方向（前後、左右）からボール体４の表
面に常時接触するように配置され、各軸におけるボール
体４の回転量に対応する信号をそれぞれ出力するように
なっている。ジャイロ７は、上記２軸に直交する第３の
軸（垂直方向）に配置され、マウス本体３の回転量に対
応した信号を出力するようになっている。２つのスイッ
チ８，９は、各々マウス本体３の上面に配置された操作
ボタン１０，１１に連動しており、対応する操作ボタン
が押されたときに、それを表す選択信号を出力する。

【００１４】ロータリーエンコーダ５，６は、ボール体
４に接触したローラと同一回転軸に設けられた回転スリ
ットが、ボール体４の回転に連動して回転し、光を遮断
したときにその状態をフォトセンサで検出し、ボール体
４の回転量を回転信号（パルス信号）に変換して出力す
るように構成されたものである。

【００１５】ジャイロ７は、角速度を高精度に検出でき
るものであれば、特にその種類を問うものではないが、
例えば圧電型振動ジャイロ（例えば、村田製作所製の圧
電型振動ジャイロ（ＥＮＣ−０５Ｄ））を用いることが
より好ましい。この圧電型振動ジャイロは、小型、軽量
でマウス本体３内に装着可能なうえ、量産性が高いの
で、製造コストの大幅な低減化が期待できるものであ
る。

【００１６】上記センサ部１は、マウス本体３の前後の
移動量（ボール体４の回転量）を第１のロータリーエン
コーダ５で検出し、回転信号Ｐ１として出力するととも
に、マウス本体３の左右の移動量（ボール体４の回転
量）を第２のロータリーエンコーダ６で検出し、回転信
号Ｐ２として出力する。マウス本体３が回転した場合
は、これをジャイロ７で検出し、角速度信号Ｒとして出
力する。そして、これらの信号Ｐ１，Ｐ２，Ｒを、スイ
ッチ８，９に対応した選択信号Ｓ１，Ｓ２とともに演算
部２に送出する。

【００１７】演算部２は、アナログインターフェース１
２、パルスインターフェース１３、出力インターフェー
ス１４、ＣＰＵ１５、及びメモリ１６から構成され、そ
の駆動電源は、信号ケーブル１７と一体化された電源線
を介してコンピュータ側から供給される。

【００１８】アナログインターフェース１２は、ジャイ
ロ７が検出した角速度信号Ｒをディジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換部と、ディジタル信号に含まれるＤＣ成分
と高周波のノイズ成分とを除去するノイズフィルタ（バ
ンドパスフィルタ）と、ノイズフィルタの出力をＣＰＵ
１５の入力レベルに増幅する増幅器を備えている。

【００１９】パルスインターフェース１３は、ロータリ
ーエンコーダ５，６が検出したパルス信号Ｐ１，Ｐ２を
成形する波形整形回路と、成形されたパルス信号をＣＰ
Ｕ１５の入力レベルに増幅する増幅器とを備えている。

【００２０】ＣＰＵ１５は、例えば１チップのマイクロ
プロセッサであり、メモリ１６との間で情報の授受を行
うことで、所要の機能を演算部２に形成する。メモリ１
６は、ＣＰＵ１５が読み込んで実行する処理プログラム
を収納したＲＯＭと、ＣＰＵ１５による処理結果を記憶
するＲＡＭとから構成される。メモリ１６内の処理プロ
グラムとＣＰＵ１５との協働により演算部２内に形成さ
れる機能ブロック例を、図２に示す。なお、図２中、Ａ
／Ｄ変換部１及びノイズフィルタ１２２は、上述のアナ
ログインターフェース１２が具備するブロックであり、
また、他のインターフェースの詳細及びＣＰＵ１の前段
の増幅器については、図示省略してある。

【００２１】図２を参照すると、演算部２には、パルス
インターフェース１３を介して入力されたパルス信号Ｐ
１，Ｐ２をカウントするためのパルスカウンタ１５１
と、カウントされたパルス信号数に基づき画面上にある
ポインタの変位量、すなわち距離データを生成する距離
データ生成部１５２とが形成される。これは、従来と同
様の二次元的なデータ入力に対応させるものである。演
算部２には、また、ジャイロ７で検出され、Ａ／Ｄ変換
部１２１及びノイズフィルタ１２２を経て加工された角
速度信号Ｒから画面上のポインタの回転量、すなわち角
度データを得るための、不感帯処理部１５３、積分回路
１５４、角度データ生成部１５５が形成される。

【００２２】不感帯処理部１５３は、予め不感帯として
設定した領域内であればマウス本体３は回転していな
い、すなわち停止していると判定する。そして、停止し
ている場合は、ドリフト補正や原点補正を行い、相対角
度を強制的に原点（０値）に戻す処理を行う。積分回路
１５４は、不感帯処理部１５３を経た信号を規定時間積
分し、角度情報として出力するものであり、角度データ
生成部１５５は、積分回路１５４から出力される角度情
報を、角速度信号に対応する角度データに変換するもの
である。

【００２３】演算部２には、さらに、スイッチ８，９か
らの選択信号、パルス信号Ｐ１，Ｐ２に基づく距離デー
タ、及び角速度信号Ｒに基づく角度データを、使用する
出力インターフェースに併せて合成し、三次元データと
して出力するデータ出力部１５７が形成される。この三
次元データは、図１に示す信号ケーブル１７を介してコ
ンピュータＢに入力される。

【００２４】なお、ジャイロ７は温度に敏感なので、温
度変化で角速度信号Ｒに変動が生じても演算結果に影響
を与えないようにするため、温度補正手段を設けてい
る。この温度補正手段は、予め温度変化に対する実デー
タを求めて補正テーブルを上記処理プログラム内に作成
しておき、温度検出センサ（図示せず）がジャイロ７の
周辺の温度を検出したときに、検出温度と上記補正テー
ブルとにより角速度信号に必要な補正を加えるものであ
る。温度検出センサは、演算部２にサーミスタなどを組
み込んでおき、処理プログラムの側でサーミスタの検出
温度を随時読みとれるようにすることで、容易に実現可
能である。

【００２５】上述のように、三次元マウスＡは構成され
ているので、コンピュータＢに対して二次元データ入力
を行いたい場合には、図３（ａ）に示すように、マウス
本体３を前後（Ｚ軸）、左右（Ｙ軸）に移動させるだけ
で、それが可能になる。また、三次元データ入力を行い
たい場合は、マウス本体３を所要量だけ回転させる。こ
れにより図３（ｂ）に示すように、ジャイロ７がその角
速度を検出して角速度信号Ｒを演算部２に出力する。演
算部２は、角速度信号Ｒに基づいて画面上でのポインタ
の回転量、すなわち角度データを生成し、これをコンピ
ュータＢに入力する。

【００２６】次に、上記三次元マウスＡの他の操作態様
例を図４及び図５を参照して説明する。図５（ａ）は、
マウス本体３を停止させた状態で、左操作ボタン１０を
押しながら回転させることで画面Ｚ軸回りの回転量を求
めるようにした場合の例である。この場合は、マウス本
体３から、左スイッチ８の選択信号Ｓ１と、ジャイロ７
の角速度信号Ｒとが演算部２に送出されるようにする。
演算部２は、角速度信号Ｒから角度データを生成し、こ
れを左スイッチ８の選択信号Ｓ１とともにコンピュータ
Ｂへ送出する。コンピュータＢは、図４に示すように、
この角度データに基づいて画面上の表示データを所定量
回転させる。

【００２７】図５（ｂ）は、マウス本体３を停止させた
状態で、右操作ボタン１１を押しながら回転させること
で画面Ｙ軸回りの回転量を求めるようにした場合の例で
ある。この場合は、マウス本体３からは、右スイッチ９
の選択信号Ｓ２と、ジャイロ７からの角速度信号Ｒが演
算部２に送出される。演算部２は、角速度信号Ｒに対応
する角度データを生成し、これを右スイッチ９の選択信
号Ｓ２とともにコンピュータＢに送出する。

【００２８】図５（ｃ）は、マウス本体３を停止させた
状態で、例えば左操作ボタン１０と右操作ボタン１１と
を圧しながら回転させた場合を示す。このとき、マウス
本体３からは左スイッチ８の選択信号Ｓ１及び右スイッ
チ９の選択信号Ｓ２と、ジャイロ７の角速度信号Ｒとが
演算部２に送出される。演算部２は、角速度信号Ｒに対
応する角度データを生成し、これを左スイッチ８及び右
スイッチ９の選択信号Ｓ１，Ｓ２とともにコンピュータ
ＢＩ送出する。コンピュータＢは、受け取った角度デー
タから画面Ｘ軸回りに対応して処理をする。

【００２９】また、画面上でのカーソルの移動（画面
Ｘ，Ｚ方向）を従来のマウスと同様に前後左右に操作す
ることによりコントロールし、Ｙ軸方向つまり画面の奥
行き方向は、押しボタンと対応させてもよい。例えば図
５（ｄ）に示すように、左操作ボタン１０を押しながら
マウス本体３を前後に移動させた場合に、センサ部１か
らは左スイッチ８の選択信号Ｓ１，ロータリーエンコー
ダ５，６のパルス信号Ｐ１，Ｐ２、及び、ジャイロ７の
角速度信号Ｒが演算部２に送出されるようにする。演算
部２は、角速度信号Ｒに対応する角度データ（０度）
と、パルス信号Ｐ１，Ｐ２に対応する距離データとを生
成し、これらを左スイッチ８の選択信号Ｓ１とともにコ
ンピュータＢに送出する。コンピュータＢは、受け取っ
た各データからマウス本体３は回転せずに、前後に移動
していると判断し、回転処理をせずにマウス本体３の移
動量に従って図形を拡大、縮小するように処理を行う。

【００３０】なお、上記コンピュータＢによる図形デー
タの操作は、三次元マウスＡからの入力データをアプリ
ケーション上でどのように処理するかによって決定され
るもので、三次元マウスＡの操作方法は、必ずしも上記
操作方法に限定されるものではない。また、上述の三次
元マウスＡでは２個の操作ボタンを備えたマウス本体３
について説明してあるが、２個に限定されるものではな
く、例えばマウス本体３の左側面に第３の操作ボタンに
配置し（図示せず）、マウス本体３上部に配置した２個
の操作ボタンは、人差し指と中指とで操作し、第３の操
作ボタンは、親指で操作するようにしてもよい。このこ
とにより、三次元マウスＡから、より多くの情報をコン
ピュータＢに送出することができる。

【００３１】このように、本実施形態によれば、三次元
マウスＡからマウス本体３の移動量、回転量に基づく三
次元データと、操作ボタンに基づく信号とが同時に出力
されるので、キーボードと併用しながら画面操作を行う
従来のマウスに比べ、マウス本体３を操作するだけで多
くの情報をコンピュータＢに送出することができ、簡単
な操作で高度な画面操作を行うことができる。

【００３２】（第２実施形態）次に、図６〜図１４を参
照して本発明の第２実施形態を説明する。図６は、第１
実施形態の場合と同様、本発明を三次元マウスに適用し
た場合の例を示す構成図である。この実施形態の三次元
マウス２０は、ジャイロ部２１と、マウス部２２と、主
制御部２３とを一体化して構成される。

【００３３】ジャイロ部２１は、３本の軸線、例えば互
いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸上にそれぞれ第１実施形態で
用いたものと同一のジャイロ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを
配置して成る。第１のジャイロ２２ａはロール角（Ｘ軸
回りの角度）、第２のジャイロ２２ｂはピッチ角（Ｙ軸
回りの角度）、第３のジャイロ２２ｃはヨー角（Ｚ軸回
りの角度）に対応させたものである。各ジャイロ２２
ａ，２２ｂ，２２ｃから出力される角速度信号は、増幅
器（ＡＭＰ）２３ａ，２３ｂ，２３ｃで、それぞれ主制
御部２３が処理可能な信号レベルに増幅されるようにな
っている。ジャイロ部２１は、また、三次元データ入力
と後述の二次元的なデータ入力とを選択するためのクリ
ックボタン２４を備えている。

【００３４】マウス部２２は、従来の二次元的なデータ
入力を可能にするためのもので、回転自在のボール体２
５と、ボール体２５の回転量を検出するロータリーエン
コーダ２６ａ，２６ｂと、前述の左右操作ボタンに連動
して選択信号を出力するスイッチ２７ａ，２７ｂと、副
制御部２８とから構成される。副制御部２８を除く各部
の機能は、第１実施形態で説明した対応部分と同一であ
る。副制御部２８は、コントロールＩＣで構成され、ロ
ータリーエンコーダ２６ａ，２６ｂ、及びスイッチ２７
ａ，２７ｂの各出力データに基づいて一平面内における
ポインタの変位量データを生成する。マウス部２２の作
用は、基本的には第１実施形態の場合と同様なので、重
複説明を避ける。

【００３５】主制御部２３は、所定クロックで動作する
１チップＣＰＵと所定の処理プログラム等を格納したメ
モリ部とで構成され、ジャイロ部２１やマウス部２２か
らの出力データに基づいてコンピュータに入力すべき二
次元データあるいは三次元データを生成する。上記処理
プログラムとＣＰＵにより形成される機能ブロックの構
成例を図７に示す。

【００３６】図７を参照すると、主制御部２３には、各
ジャイロ２２ａ，２２ｂ，２２ｃから出力される角速度
信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２３１
ａ，２３１ｂ，２３１ｃが形成される。個々のＡ／Ｄ変
換部は、入力信号をディジタル化する際に平均化処理を
行う。

【００３７】この平均化処理の概要は図８に示すとおり
であり、まず、対応するジャイロから角速度信号の入力
があったときに（Ｓ１０１）、それを短い分割時間周期
で高速に読み取って数値加算を行う（Ｓ１０２）。次い
で読み込み回数をカウントし（Ｓ１０４）、カウント値
が規定値に達した時点で（Ｓ１０４：Yes）規定時間に
おける数値の平均化を行う（Ｓ１０５）。規定時間は、
この実施形態では２０ｍｓであり、このときの高速読み
取りの分割時間は１７μｓである。この平均化処理によ
り、図９（ａ）に示すような包絡波形の角速度信号が同
図（ｂ）のように平均化され、後述の台形法により角度
積分される際に、角度データとしての精度が、格段に高
まる。各Ａ／Ｄ変換部２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃの
出力は座標変換部２３２に導かれる。

【００３８】座標変換部２３２は、ディジタル化された
各角速度成分を例えばオイラー座標系の数値に変換する
もので、その際に、互いに他の角速度成分ないし帰還入
力された角度データを変換時パラメータとして用いる。
つまり他の軸線における信号成分を加味する。これは、
三次元データの場合、平面が水平面に対して一定傾斜角
度をもった状態で３６０回転させた場合に、幾何学上、
回転後のデータが元の位置に決して戻らないため、それ
を修正する必要があるからである。座標変換部２３２か
らは、ロール角成分（誤差が含まれた状態なので、成分
と称する、以下同じ）△α、ピッチ角成分△β、及びヨ
ー角成分△φが出力される。以後の機能については他の
角度成分に共通なので、ロール角成分△αについて説明
する。

【００３９】このロール角成分△αは、信号分岐部（図
示省略）で二分岐され、一方の分岐信号は不感帯処理部
２３３ａ、他方の分岐信号はハイパスフィルタ２３５ａ
に送られる。

【００４０】不感帯処理部２３３ａの処理概要は図１０
に示すとおりであり、まず、分岐信号から低周波のドリ
フト成分を除去する（Ｓ２０１）。そしてノイズ成分の
振幅変化量を検出してそれが予め不感帯として設定した
領域内であれば、三次元マウス２０が回転していない、
すなわち角速度が発生していないと判定する（Ｓ２０
２）。そして、オフセットキャンセル処理をするか否
か、すなわち低周波成分の振幅値をリセットするか否か
を選択する（Ｓ２０３）。オフセットキャンセル処理が
必要なければ（Ｓ２０３：No）、その出力をそのままロ
ーパスフィルタ２３４ａに送る。一方、オフセットキャ
ンセル処理が必要である場合は（Ｓ２０３：Yes）、オ
フセット処理を実行する（Ｓ２０４）。

【００４１】オフセットキャンセル処理は、図１１に示
すように、ランダムノイズを抽出した後（Ｓ３０１）、
その高周波成分を除去してオフセット値を抽出する（Ｓ
３０２）。このオフセット値に対して変数の減算処理を
行い（Ｓ３０３）、ジャイロ２２ａへの補正信号を生成
する（Ｓ３０４）。このオフセットキャンセル処理を行
うことで、例えば図１２（ａ）に示す成分をもつ分岐信
号が、同図（ｂ）に示すようにオフセット値がキャンセ
ルされた状態となり、オフセット値に起因する角度の誤
差が除去される。

【００４２】この不感帯処理部２３３ａを経てローパス
フィルタ２３４ａに送られ、その高周波成分が除去され
た後、ハイパスフィルタ２３５ａを経て低周波成分が除
去された他方の分岐信号と合成される。このようにして
異なる周波数成分の分岐信号を合成することで、例えば
図１３に示されるように周波数領域の変化に起因する誤
差の発生が抑制される。

【００４３】合成された信号は積分回路２３６に逐次送
られ、ここで規定時間（本例では２０ｍｓ）毎に積分加
算される。ここでは、台形法積分を採用する。これは、
１サイクル前の時点での積分値と現サイクルの時点での
積分値とを合算して２で除する処理を繰り返す手法であ
るが、上述のように、角速度信号のディジタル化の際
に、規定時間での平均化処理が行われているので、これ
により得られる積分値のデータ精度はかなり高いものと
なっている。

【００４４】角度データ生成部２３７ａは、積分回路２
３６ａで積分加算された成分を角度データ、すなわちロ
ール角ｐに変換する。このロール角ｐは、二分岐され、
一方は前述のように座標変換部２３２に帰還入力され、
他方は図示しないデータ出力部へ送られる。

【００４５】以上のロール角成分△αについての機能ブ
ロック及びその処理内容は、ピッチ角成分△β、ヨー角
成分△φについても同一であり、角度データ生成部２３
７ｂ，２３７ｃからそれぞれ各軸の角速度信号に対応す
る角度データ、すなわちピッチ角ｑ，ヨー角ｒが出力さ
れる。

【００４６】主制御部２３は、このようにして生成され
る角度データとマウス部２２の出力データに基づく距離
データとを、二次元的なデータを伝送するための従来の
マウスインタフェースにのせてコンピュータのデータ入
力部に送る。図１４（ａ）は上記従来のマウスインタフ
ェースによるデータ伝送フォーマットであり、距離デー
タとしてのＸ軸移動量とＹ軸移動量が交互に繰り返し伝
送される様子が示されている。この実施形態では、同図
（ｂ）に示すように、Ｘ軸移動量、Ｙ軸移動量に続い
て、上記ロール角ｐ，ピッチ角ｑ，ヨー角ｒを表すＸ軸
回転量、Ｙ軸回転量、Ｚ軸回転量を既存の伝送領域にそ
のままのせ、これを組として繰り返し伝送する。コンピ
ュータ側では、これらのデータに基づいて画面上のポイ
ンタの移動処理、回転処理を行う。

【００４７】以上のように構成される本実施形態の三次
元マウス２０は、机上において使用してもよいし、机上
から離した状態で使用することもできる。後者の場合
は、マウス本体の姿勢角やヨー角を変えることで、コン
ピュータの画面上のポインタを変位させたり、ポインタ
あるいはそれが指標する図形データ等を回転させたりす
ることができ、多種多様な形態のデータ入力が可能にな
る。

【００４８】このように、二つの実施形態を示して本発
明の三次元データ入力装置を詳細に説明したが、本発明
は、マウスと同一の原理をもつ他のデータ入力装置、例
えばボール体を手動で回転させてポインタの変位量デー
タを生成する、通称トラックボールや、加圧によりポイ
ンタの移動を規制するポインティングデバイスにも同様
に適用して上述の効果を得ることができるものである。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の三次元データ入力装置によれば、多種多様な情報を、
簡単な操作でコンピュータに入力することが可能にな
る。また、その装置構成も簡略なものなので量産化も可
能であり、小型化と低コスト化とを同時に満足させるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態である三次元マ
ウスの内部構成を示す正面断面図、（ｂ）はその側面
図。

【図２】第１実施形態の三次元マウスにより演算部内に
形成される機能ブロックの構成例を示す図。

【図３】（ａ）は第１実施形態の三次元マウスの使用状
態を示す説明図、（ｂ）は使用時にマウス内部に加えら
れる各軸成分の力の様子を示す図。

【図４】三次元データが入力された場合のコンピュータ
の画面表示の一例を示す図。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の三次元マウス
の他の操作態様例を説明するための説明図。

【図６】本発明の第２実施形態に係る三次元マウスの構
成例を示す図。

【図７】第２実施形態により形成される機能ブロックの
構成図。

【図８】第２実施形態で採用するディジタル変換時の平
均化処理の手順図。

【図９】平均化処理の効果を説明するための図で、
（ａ）は処理前、（ｂ）は処理後の波形例を示す。

【図１０】第２実施形態で採用する不感帯処理の手順
図。

【図１１】不感帯処理に付随するオフセットキャンセル
処理の手順図。

【図１２】オフセットキャンセル処理の効果を説明する
ための図で、（ａ）は処理前、（ｂ）は処理後の波形を
示す。

【図１３】第２実施形態により周波数領域の異なる信号
成分を合成する場合の概念説明図。

【図１４】三次元データをコンピュータに伝送する場合
の伝送フレーム例を示す図で、（ａ）は既存のフォーマ
ット例、（ｂ）はそれを用いて三次元データを伝送する
場合の例を示す。

【図１５】二次元的なデータを入力する従来のマウスの
使用状態説明図。

【図１６】コンピュータの画面表示の一例を示す説明
図。

【符号の説明】

１センサ部２演算部３マウス本体４，２５ボール体５，６，２６ａ，２６ｂ回転検出センサとして使用す
るロータリエンコーダ７，２２ａ〜２２ｃ角速度計として用いるジャイロ８，９，２７ａ，２７ｂ操作ボタンの押下に連動する
スイッチ１０，１１操作ボタンＡ，２０三次元マウス２１ジャイロ部２２マウス部２３主制御部１２１，２３１ａ〜２３１ｃＡ／Ｄ変換部１２２ノイズフィルタ１５１パルスカウンタ１５２距離データ生成部１５４原点補正部１５７データ出力部２３２座標変換部１５３，２３３ａ〜２３３ｃ不感帯処理部２３４ａ〜２３４ｃローパスフィルタ２３５ａ〜２３５ｃハイパスフィルタ１５５，２３６ａ〜２３６ｃ積分回路１５６，２３７ａ〜２３７ｃ角度データ生成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装置本体内に回転自在に配置されたボー
ル体と、このボール体に付与された回転量を検出する回転検出セ
ンサと、この回転検出センサで検出した回転量から一平面内にお
けるポインタの変位量データを生成する変位量データ生
成手段と、前記平面に対して所定の角度をもつ軸線回りの角速度が
発生したときにそれを検出して角速度信号に変換する角
速度計と、前記角速度信号に基づいて前記軸線回りまたは該軸線に
対して一定傾斜角をもつ他の軸線回りのポインタの回転
量データを生成する回転量データ生成手段とを少なくと
も備え、前記変位量データと回転量データの少なくとも一方を所
定のデータ形式で出力するように構成されている三次元
データ入力装置。
【請求項２】前記回転量データ生成手段は、前記角速
度計の周囲温度に対応する温度係数値を導出し、この温
度計数値に基づいて前記変換された角速度信号を補正す
る温度補正手段を有することを特徴とする請求項１記載
の三次元データ入力装置。
【請求項３】所定角度をもつ複数の軸線上に各々配置
され、各軸線回りの角速度が発生したときにそれを検出
して角速度信号に変換する複数の角速度計と、これらの角速度計で変換された角速度信号を相互に加味
して各軸線回りのポインタ回転量データを生成する回転
量データ生成手段とを少なくとも備え、前記回転量データを所定のデータ形式で出力するように
構成された三次元データ入力装置。
【請求項４】前記回転量データ生成手段は、前記各々
の角速度信号を規定時間内で振幅値が平均化されたディ
ジタル信号に変換する手段を有することを特徴とする請
求項３記載の三次元データ入力装置。
【請求項５】前記回転量データ生成手段は、さらに、
前記変換されたディジタル信号を座標値信号に変換する
座標変換部と、この座標変換部で変換された座標値信号
をそれぞれ少なくとも二分岐する信号分岐部と、この信
号分岐部で分岐された各分岐信号からそれぞれ異なる周
波数成分を除去するフィルタ部と、このフィルタ部を経
た各分岐信号を合成する信号合成部と、この信号合成部
で合成された信号を角度積分して個々の角速度信号に対
応する角度データを生成する手段とを有し、生成された
各々の角度データを前記座標値信号の変換時パラメータ
として前記座標変換部へ導くことを特徴とする請求項４
記載の三次元データ入力装置。
【請求項６】前記回転量データ生成手段は、前記角速
度信号に含まれる角度成分の変化が予め不感帯として設
定した領域内のときに低周波成分の振幅値を補正する補
正手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかの項記載の三次元データ入力装置。